SUGÁRKÉMIA
Wojnárovits László MTA Izotópkutató Intézet
A AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST
Megjelent a Magyar Tudományos Akadémia támogatásával
ISBN 978 963 05 8406 7
Kiadja az Akadémiai Kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztôk Egyesületének tagja 1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 9. www.akkrt.hu
Elsô magyar nyelvû kiadás: 2007 © Wojnárovits László, 2007
Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, a nyilvános elôadás, a rádió- és televízióadás, valamint a fordítás jogát, az egyes fejezeteket illetôen is.
A kiadásért felelôs az Akadémiai Kiadó Zrt. igazgatója Felelôs szerkesztô: Polyánszky Piroska Szerkesztette: Szente László Termékmenedzser: Hesz Margit Nyomdai elôkészítés: Starkiss Stúdió A nyomdai munkálatokat A PXP Elsô Magyar Digitális Nyomda Zrt. végezte Felelôs vezetô: Szekeres Krisztina Budapest, 2007 Kiadványszám: KM060024 Megjelent 22,17 (A/5) ív terjedelemben Printed in Hungary
Tartalomjegyzék
Elôszó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. A sugárkémia tárgya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. A sugárkémia rövid története . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Sugárforrások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Nagyenergiájú elektromágneses sugárforrások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. β -Sugárforrások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. α-Sugárforrások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Részecskegyorsítókkal elôállított sugárzások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1. Elektrongyorsítók általános jellemzôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2. Direkt gyorsítók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3. Mágneses fluxusváltozással mûködô gyorsítók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4. Nagyfrekvenciás gyorsítók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.5. Lézer-plazmagyorsító . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.6. Nehézrészecske-gyorsítók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Irodalom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Sugárzások energiájának elnyelése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Molekulák gerjesztése és ionizációja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Foton- és elektronsugárzások energiájának elnyelôdése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1. Elsôdleges kölcsönhatások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2. Gerjesztett és ionizált molekulák keletkezése a közegben . . . . . . . . . . . . 3.3. Lineáris energiaátadási tényezô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Ionizáció, rekombináció és gerjesztés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5. G-érték . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Sugárkémiai reakciók vizsgálati módszerei, kémiai kinetika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Stacionárius technikák . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Impulzusradiolízis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. A sugárkémiai reakciók kinetikája . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1. Elsôrendû reakciók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2. Homogén másodrendû reakciók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 13 13 13 15 17 17 23 24 25 25 27 30 30 34 35 35 37 37 41 41 47 50 51 54 56 59 59 61 65 66 67 5
4.3.3. A diffúziószabályozott sebességi együttható . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.4. Nemhomogén másodrendû reakciók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Ionizáló sugárzások dozimetriája . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Dózisegységek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1. Besugárzási dózis, elnyelt dózis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2. A sugárbiológiában alkalmazott egységek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Doziméterek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1. Fizikai doziméterek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2. Kémiai doziméterek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3. Dózisindikátorok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.4. Impulzusdozimetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.5. Gázfázisú dozimetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Mélységi dóziseloszlás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. A víz és vizes oldatok sugárkémiája . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. A tiszta víz besugárzásának közti- és végtermékei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1. Elsôdleges bomlási reakciók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.2. „Spur” reakciók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.3. A bomlás végtermékei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.4. pH-függés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. A köztitermékek megfigyelése, jellemzôik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Az egyedi reakciók vizsgálatának módszerei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4. A hidratált elektronok reakciói . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5. A hidrogénatomok reakciói . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6. A hidroxilgyökök reakciói . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7. Jég . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.8. Gázállapotú víz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.9. Víz mint reaktor-hûtôközeg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.10. Irodalom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Szerves vegyületek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Telített szénhidrogének . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Telítetlen szénhidrogének . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Aromás szénhidrogének . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4. Alkil-halogenidek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5. Alkoholok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6. Karbonilvegyületek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Polimerizáció és polimerbesugárzás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. A sugárzásos polimerizáció . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1. Kinetika és mechanizmus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.2. Hidrogélek sugárzásos szintézise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2. Polimerek besugárzása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
69 71 72 73 73 73 74 75 76 79 83 84 86 87 89 91 91 91 92 94 94 95 98 101 102 103 104 105 107 110 113 114 119 120 121 122 124 124 127 128 128 132 135
8.2.1. Fizikai és kémiai változások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Láncszakadás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3. Térhálósítás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.4. Polimerek sugárállósága . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Technikai megvalósítás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1. Nagyipari eljárások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2. Hazai technológiák . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Biológiai érdekességû molekulák . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1. DNS és részegységei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.1. Reakciók in vitro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.2. Reakciók in vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.3. A D37-dózis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.4. Sugárvédelem, sugárérzékenyítés, oxigénhatás . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Szénhidrátok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1. Vizes oldatok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2. Poliszacharidok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3. Aminosavak és peptidek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4. Lipidek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. Gázok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1. Oxigén és oxigén-nitrogén elegyek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2. Hidrogén-deutérium elegyek, dinitrogén-oxid, ammónia . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. Irodalom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Szilárd szervetlen anyagok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1. Alkáli-halogenid-kristályok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Fémek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3. Félvezetôk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4. Féldrága- és drágakövek besugárzása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.5. Üvegek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Élelmiszer-besugárzás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.1. Élelmiszerek besugárzása során végbemenô változások . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.1.1. A sugárkezelés jellemzôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.1.2. Élelmiszer-kezeléskor alkalmazott sugárforrások . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2. A sugárhatás mechanizmusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3. Alkalmazási típusok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.1. Dózisigény . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.2. Sugárérzékenység . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.3. Engedélyeztetési kérdések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.4. A besugárzottság kimutatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4. Néhány élelmiszer sugárkezelése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.1. Gumós, hagymás termékek besugárzása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
135 138 140 144 145 145 148 150 153 154 157 161 164 165 167 168 169 172 175 177 179 180 182 183 185 185 186 187 188 189 190 191 191 191 192 193 195 195 196 197 198 199 199 7
12.4.2. Tárolásra elôkészített termék rovartalanítása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.3. Paraziták elpusztítása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.4. Gyümölcs, zöldség eltarthatóságának megnövelése . . . . . . . . . . . . . . 12.4.5. Nyershús és baromfitermékek besugárzása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.6. Száraz élelmiszer-adalékok dekontaminálása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.7. Élelmiszerek sterilezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.8. Csomagolás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5. Technikai megvalósítás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.1. Helyhez kötött és mobilis besugárzók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.2. Hazai helyzet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.6. Irodalom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13. Gyógyászati eszközök és gyógyszerek sterilezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1. A sugársterilezés során végbemenô átalakulások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.1. Dózisfüggés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.2. Mikroorganizmusok sugárérzékenysége . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.3. Dózisigény . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.4. Besugárzásra kerülô anyagok sugártûrése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.5. Gyógyszerek sterilezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2. Sugársterilezési eljárások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2.1. Sterilezéshez alkalmazott sugárforrások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2.2. Hazai helyzet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14. Környezetvédelmi alkalmazások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1. Füstgázkezelés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.1. Kémiai reakciók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.2. Technikai megvalósítás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2. Ivóvíz és szennyvíztisztítás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.1. Általános jellemzôk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.2. Kémiai átalakulások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.3. Technikai megvalósítás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Függelékek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F1. A könyvben használt fontosabb egységek átszámításai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F2. A 60Co bomlása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F3. 60Co γ- és 137Cs γ-sugárzások gyengítési tényezôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F4. Különféle sugárzások behatolási mélységei és LET értékei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F5. Fricke-dozimetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F6. Alkoholos klór-benzol dozimetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F7. Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jelölések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tárgymutató . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
200 201 201 202 202 203 203 203 203 205 206 209 210 210 210 211 212 213 214 214 216 216 217 217 217 220 223 223 226 230 233 235 235 236 237 238 239 241 241 243 245
Elôszó
Dobó János 1967-ben megjelent, mindössze 180 oldalas Gyakorlati sugárkémia címû könyvébôl (Mûszaki Kiadó, Budapest) nemzedékek szerezték meg elsô ismereteiket a sugárkémiáról. Egyetemi hallgatók használták a mûvet tanulmányaik során, gyakran ebbôl készültek a vizsgákra azok, akik a doktori fokozat elérésén fáradoztak, jó szolgálatot tett az Izotóptanfolyam vizsgáinak letételekor, de ehhez a könyvhöz nyúltak azok a nukleáris szakemberek is, akiknek a nagyenergiájú sugárzások kémiai hatásait, ill. egyes sugártechnológiákat illetôen ismereteik bôvítésére volt szükségük. Bár a mû – részint viszonylag egyszerû megközelítése miatt – jórészt még ma is aktuális, néhány tényezô mégis szükségessé teszi egy általánosan használható sugárkémiai könyv megírását. Dobó János könyvének megjelenése óta áttértünk az SI mértékrendszerre*, és ezzel szinte valamennyi, a sugárkémiában is használatos egység megváltozott. A radioaktív bomlás egysége Curie-rôl Becquerelre (1 Curie = 3,7 # 1010 bomlás s-1), a sugárdózisé rad-ról (100 erg g-1) Gray-re módosult (1 Joule kg-1) és a sugárkémiában az átalakulások jellemzésére használt G-értékeket is a korábbi 100 eV elnyelt energiára vonatkoztatott átalakult (képzôdött, bomlott stb.) molekulaszám helyett is egyre gyakrabban az SI rendszer szellemének jobban megfelelô mol anyagmennyiségre és joule elnyelt energiára vonatkoztatják, így mol J-1 egységekben fejezik ki. Dobó János könyvében jelentôs szerepet szánt a besugárzási technika ismertetésének, így a besugárzó berendezések és a sugárkémiai technológiák bemutatásának. Természetesen az elmúlt 40 évben alapvetô változások következtek be mind a technika, mind a sugárkémia elmélete terén. E könyv az újabb szemléletet tükrözi. A sugárkémia irodalmát az elmúlt 20 évben – angol nyelven – többen összefoglalták, ezek között még enciklopédia jellegû munka is van: Y. Tabata (szerk.): CRC Handbook of Radiation Chemistry (CRC Press, Boca Raton, 1991). A jelen könyv célja az is, hogy a fontosabb irodalmi munkák felsorolásával, felhívja a figyelmet azokra a forrásokra, amelyekbôl bôvebb ismeretek meríthetôk az adott témában.
* Az SI mértékrendszer az atomfizikában megengedi, bár nem bátorítja az atomfizikai egységek, így az elektronvolt, eV, használatát. 1 eV annak a kinetikus energiának felel meg, melyre az elektron 1 V potenciálkülönbségû erôtér befutásával tesz szert. Átszámítás: 1 eV részecske–1 = 1,6022×10–19 J részecske–1 = 96,478 mol J–1. A gyakrabban használt egységek átszámításait az F1. függelékben foglaltuk össze.
9
Az igazság kedvéért azt is meg kell jegyezni, hogy 1967-ben a Mûszaki Kiadó gondozásában, magyar fordításban is megjelent I. V. Verescsinszkij és A. K. Pikajev: Bevezetés a Sugárhatáskémiába címû, 1963-ból származó könyve, mely a maga idejében elkerülte a sugárkémikusok figyelmét. Végül is a Sugárkémia megírásával arra törekedtem, hogy bôvített, modernizált változatban töltse be a Gyakorlati sugárkémia helyét. A tématerület elnevezése érinti a könyv címét is. Mintegy 4 évtizedes az a vita, hogy melyik elnevezést használjuk, sugárkémia vagy sugárhatás-kémia. Mindkettô mellett érvek és ellenérvek sorolhatók fel. A sugárkémia elnevezés tömör és egyben hasonló a rokonterületek elnevezéséhez, termokémia, fotokémia, szonokémia stb. Ugyanakkor az is igaz, hogy nem a sugár vagy sugárzás kémiájáról, hanem a sugárzás hatásának kémiájáról beszélünk. Ebbôl a szempontból viszont a sugárhatás-kémia elnevezés jobb, de hosszabb, terjengôsebb. Ezzel a könyvvel a vitát, nem kívánom lezárni. A könyv Sugárkémia címével annak Dobó János mûvéhez való hasonlóságát emelem ki. Nagyon fontos kérdés, kiknek a számára készült a könyv. A szerzô tisztában van azzal, hogy külön könyv írására a sugárzó energia elnyelésével és hatásaival foglalkozó a sugárfizikában, -kémiában, -technológiában, -biológiában, az atomreaktorok üzemeltetésében érdekelt fizikusok, vegyészek, biológusok, orvosok számára, figyelembe véve a különbözô szinteket is – egyetemi hallgatók, diplomások, doktoranduszok, oktatók és kutatók – a viszonylag kisszámú érintett miatt nincs lehetôség. Ezért meg kell kísérelni a lehetetlent, egyszerre szólni minden érdekelthez. Ilyen megközelítésben természetesen a „mélységek” bemutatása nem lehetséges. A nehézségeken úgy kísérelem meg átsegíteni az olvasót, hogy a sugárenergia elnyelését tárgyaló és fôként az egyetemi hallgatók, oktatók és kutatók számára fontos 3. fejezet elején, a 3.1. szakaszban, – elsôsorban a nem vegyész végzettségû olvasók számára – némi bevezetést adok a molekulák elektronszerkezetének világába. Szerencsére a késôbbi fejezetek a „nehezen emészthetô” 3. fejezet nélkül is követhetôk. A vizsgálati módszereket bemutató 4. fejezetben található és szintén nehezebben „emészthetô” – a kémiai kinetika elméletével foglalkozó – rész a nem vegyész végzettségû olvasóhoz igyekszik közelebb hozni a kinetikai szemléletet, mely az egész könyvön érezhetô. A könyv elsô fejezetei a sugárforrások ismertetésével, a sugárenergia elnyelésének tárgyalásával, a kísérleti módszerek és eljárások taglalásával, az elnyelt energia mérési módszereinek bemutatásával elôkészítik a késôbbi, a víz és vizes oldatok, a szerves vegyületek, a biológiailag fontos anyagok, a folyékony, szilárd és gáznemû anyagok sugárkémiájával foglalkozó fejezeteket. A könyv nagyobbik része a gyakorlati alkalmazásokkal foglalkozik. A vízzel kapcsolatban kitér a víz alkalmazására reaktor hûtôközegeként, a szénhidrogénekkel kapcsolatban pedig megemlékezik a sugárzás által iniciált termikus krakkolásról. A polimerizációval és a polimerekkel kapcsolatos fejezetet az elmélet bemutatása mellett alapvetôen a megvalósított ipari eljárások, köztük a hazai technológiák ismertetése uralja. Nagyszámú sugárzásos eljárás kerül bemutatásra az élelmiszer-besugárzással, a sterilezéssel és a környezetvédelmi alkalmazásokkal kapcsolatos fejezetekben is. Még egy egyszerzôs könyv megírása is lényegében csapatmunka. Munkámat sokan segítették, akiknek ezúton is köszönetet szeretnék mondani. A sugárforrásokkal kapcsolatos rész megírásához nagy segítséget kaptam Hargittai Pétertôl, míg a dozimetriai és a techno10
lógiai fejezetek megírását Kovács András segítette. A polimerekkel foglalkozó résznél Takács Erzsébet tanácsait köszönöm meg. Hálás vagyok Putirszkaja Galinának (Hardy Gyuláné), Tétényi Pálnak és Stenger Vilmosnak a könyv átolvasásával nyújtott segítségükért, tanácsaikért, valamint Schiller Róbertnek a kézirat gondos lektorálásért. Wojnárovits László Budapest, 2006. február 24.
11
1. Bevezetés
1.1. A sugárkémia tárgya A sugárkémia az anyagban az ionizáló sugárzások energiája elnyelésének kémiai következményeivel foglalkozik. Az anyag és az ionizáló sugárzások kölcsönhatásai során az atom/molekula* egy vagy több elektronjának eltávolítására, azaz a molekula ionizácójára kerülhet sor. Ionizációra minden olyan sugárzás képes, melynek energiája nagyobb a kölcsönhatásban részt vevô molekula legkisebb ionizációs szintjénél. Így az ionizációs potenciált csak kevéssé meghaladó energiájú fotonokkal már ionizáció hozható létre. Bár a fotokémiai és sugárkémiai változások termékei gyakran azonosak, mint azt késôbb tárgyaljuk, az energiaelnyelés mechanizmusa több szempontból eltérô. A gyakorlatban azokat a sugárzásokat sorolják az ionizáló sugárzások közé, melyek energiája sokszorosan, általában nagyságrendekkel meghaladja a molekulák elsô ionizációs szintjét. Ezért gyakran a nagyenergiájú ionizáló sugárzások elnevezést alkalmazzák [1]. Egyes nagyenergiájú ionizáló sugárzások az atommagok gerjesztését eredményezhetik. Például atommagok és elektromágneses sugárzások kölcsönhatása ún. fotonaktivációra vezethet. Az atommagok sugárzásindukált gerjesztései, átalakulásai nem tartoznak a sugárkémia témakörébe.
1.2. A sugárkémia rövid története Kevés tudományos eredmény vált olyan gyorsan a gyakorlati alkalmazások részévé, mint az ionizáló sugárzások felfedezése. Alig egy évvel a röntgensugárzás (Röntgen, 1895) és a természetes radioaktív sugárzás (Becquerel, 1896) felfedezése után Grubbé elvégezte rákos betegeken az elsô sugárterápiás kezeléseket: a sugárterápia még ma is az onkológiai gyakorlat meghatározó részét képezi [2]. Az elmúlt mintegy 100 évben töretlen fejlôdés jellemezte a röntgensugárzások diagnosztikai célú alkalmazását is. A radioaktivitás felfedezése nagyban hozzájárult az atomszerkezeti modellek megalkotásához és ezzel a modern fizikai és kémiai kutatások kialakulásához is. Az 1900-as évek legelején olyan radioaktív elemek izolálása, mint például a rádium vagy a radon lehetôséget adott nagyaktivitású sugárforrások elôállítására és annak kimutatására, *
Mivel egyatomos nemesgázok besugárzására ritkán kerül sor, a továbbiakban csupán molekulákat említünk.
13
hogy a besugárzások eredményeként megfordíthatatlan kémiai és biológiai (például Marie Curie sugárbetegsége) változások mennek végbe [2–6]. Az elsô felismert kémiai átalakulások közé tartozott az ózon kimutatása oxigén besugárzása, és hidrogén képzôdése víz bomlása során. 1938-ból származik a kémiai dozimetria alappillére, a Fricke-féle dozimetria is, mely a sugárzásindukált vas(II) " vas(III) oxidáción alapul. A sugárkémiai kutatásoknak az Egyesült Államokban nagy lendületet adott a II. világháború alatt az atombomba elôállítására irányuló Manhattan terv. A sugárhatással kapcsolatos kutatások egyik vezetôje, az Osztrák-Magyar Monarchiából elszármazott Milton Burton késôbb a Notre Dame Egyetemen (Notre Dame, Indiana, USA) a Sugárkémiai Laboratórium igazgatója lett. A ô nevéhez fûzôdik a sugárkémia alapmértékegységének a G-értéknek a bevezetése, melyet akkor a 100 eV elnyelt sugárzási energia hatására keletkezô, bomló, átalakuló részecskék számaként értelmeztek. A G-érték lényegében a fotokémiában alkalmazott kvantumhasznosítási tényezôhöz (átalakult molekula/elnyelt foton) hasonló mennyiség. Természetesen az 1900-as évek elsô felében még nem álltak rendelkezésre megfelelô módszerek a sugárzással iniciált folyamatok során keletkezô rövid életû átmeneti termékek azonosításához. Mivel a század elejétôl fogva egyre több kémiai folyamatban gyökös köztitermékeket feltételeztek, illetve mutattak ki, ezért a sugárkémiai reakciókkal kapcsolatban kézenfekvônek mutatkozott az az elgondolás, hogy az átalakulások gyökökön keresztül mennek végbe. Így J. Weiss tételezte fel elsônek még 1944-ben, hogy a sugárzás által aktivált vízmolekulák hidrogénatomra és hidroxilgyökre bomlanak. Ezzel meg tudták magyarázni a mért termékek, a H2 és a H2O2 keletkezését. A késôbbi vizsgálatok kiderítették, hogy a redukáló tulajdonságú H-atomok mellett más redukáló tulajdonságú köztitermék is szerepet játszik a víz radiolízisében. A nagyenergiájú sugárzások ionizálnak, tehát szabad elektronokat hoznak létre. Hosszú út vezetett annak egyértelmû kimutatásához, hogy ezek a szabad elektronok még mielôtt pozitív ionokkal rekombinálódnának, szolvatált, azaz a vízben hidratált formában stabilizálódhatnak, és ezáltal viszonylag hosszú életû redukáló tulajdonságú köztiterméket alkothatnak. A hidratált elektront az irodalom elterjedten eaq--val jelöli, ez a legegyszerûbb anion, mely nem áll másból, mint az elemi negatív töltésbôl és az azt körülvevô hidrátburokból. Felfedezésében és tulajdonságai leírásában a sugárkémiának meghatározó szerepe volt, itt elsôsorban az 1960-as évek elején bevezetett impulzusradiolízis technikát említjük meg. E technika alkalmazása során egy gyorsító szolgáltat rövid ideig tartó nagy intenzitású és nagy, 1–10 MeV energiájú elektronnyalábot, melynek segítségével a mintában „pillanatszerûen” kémiai reakciókat iniciálnak. A köztitermékeket spektrofotometria segítségével, fényelnyelésük alapján figyelik meg. A hidratált elektronok az infravörös tartománytól az ultraibolya tartományig terjedô széles intenzív fényelnyelési sávval rendelkeznek, melynek maximuma 715 nm táján van. A víz radiolízise során, tehát .OH, H. és eaq- köztitermékek keletkeznek, ezek reakcióit több ezer a sugárkémiát alkalmazó dolgozat tárgyalja. A sugárkémiai kutatások és gyakorlati alkalmazások leginkább felfutó szakasza a 20. század középén volt. Számos ipari folyamat sugárzásos megfelelôjével foglalkoztak, például szénhidrogén-krakkolás, ammóniaszintézis, hidrazin-elôállítás, ózongyártás. Mivel a sugárenergia elôállítása meglehetôsen költséges, igazi nagyipari technológia csak azokból a folyamatokból valósulhatott meg, amelyeknél viszonylag kis sugárenergia közlésre nagy változás áll elô. Tipikusan ilyenek a láncreakciók, például az etil-bromid gyártása etilénbôl 14
és hidrogén-bromidból. A folyamat során a brómatomok a láncvivôk. A sugárzásos eljárást a Dow Chemical Company (USA) valósította meg és évtizedeken keresztül üzemeltette [5]. A sugárzásos eljárások igazi karriert a polimerkémia területén futottak be. Nagyiparilag alkalmazzák ôket vékony felületbevonatok és polietilén (PE) térhálósítására. A térhálósítás tipikusan olyan reakció, melynél viszonylag kis behatásra nagy változás érhetô el. Elôfordulhat például, hogy 105 monomeregységet tartalmazó polimerláncok között egyetlen keresztkötés létesítésének eredményeképpen az anyag viszkózus folyadékból elasztikus szilárd anyaggá alakul át. A biológiai anyagokban még ennél kisebb változás is sejthalálhoz vezethet. Ezt használják ki a terápiás kezelések alkalmával, mezôgazdasági termékek besugárzása során, de a sugársterilezésnél is. Az újabb sugártechnológiai alkalmazások részint szintén a polimerkémia területére esnek, ezek közül olyanokat említünk meg, mint nehézion-besugárzással kisméretû lyukak képzését vékony fóliákban ultraszûrôk gyártásához vagy egyes speciális elektronikai eszközök készítését. Az utóbbi évtizedben elôtérbe került az ionizáló sugárzások környezetvédelmi célú, azaz a környezetre káros anyagok elbontását célzó felhasználása. Alkalmazták például növényvédô szerekkel erôsen szennyezett talajok vegyszermentesítésére vagy ivóvíz tisztítására és fertôtlenítésére. Minden bizonnyal a jövô egyik széles körben alkalmazott szennyvízkezelési technológiája a hagyományos tisztítási eljárásokkal kombinált sugárzásos tisztítás lesz. A fenolt, növényvédô szert vagy textilipari festékeket tartalmazó szennyvizek biológiai tisztítása rendkívül nehézkes, hiszen a toxikus szennyezôdések elpusztítják a lebontást végzô mikroorganizmusokat. A sugárkezelés alapja az, hogy a sugárzás energiáját inszelektíven, túlnyomórészt a nagy mennyiségben jelen levô oldószer, a víz nyeli el, a belôle keletkezô reaktív köztitermékek viszont a vízben oldott anyagokkal, köztük a toxikus vegyületekkel reagálnak. A legtöbb vegyületnél egy kis átalakulás, például fenol " kinon átmenet, elegendô ahhoz, hogy a toxikus vegyület biológiailag könnyen lebonthatóvá váljon. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség adatai szerint 2003-ban világszerte mintegy 250 ipari méretû γ-besugárzóberendezés üzemelt, míg ipari elektrongyorsítókat, beleértve a kisenergiájú, felületkezelésre használt berendezéseket is, kb. 1000-es nagyságrendben alkalmaztak.
1.3. Irodalom 1. HUMMEL, A.: Radiation Chemistry of Alkanes and Cycloalkanes. In The Chemistry of Alkanes and Cycloalkanes (Eds. PATAI, S.–RAPPOPORT, Z.). John Wiley and Sons, Chichester, 1992. pp. 743–780. 2. VON SONNTAG, C.: The Chemical Basis of Radiation Biology. Taylor and Francis, London, 1987. 3. FREEMAN, G. R. (Ed.): Kinetics of Nonhomogeneous Processes. Wiley, New York, 1987. 4. KROH, J. (Ed.): Early Developments in Radiation Chemistry. The Royal Soc. of Chem. Cambridge, 1989. 5. SPINKS, J. W. T.–WOODS, R. J.: An Introduction to Radiation Chemistry. First Edition 1964, Second Edition 1976, Third Edition 1990, Wiley-Interscience, New York. 6. SWALLOW, A. J.: Radiation Chemistry. An Introduction. Longman, London, 1973.
15
Jelölések
A (= log(Io/I)), abszorbancia [A], [A]0 az A molekulák aktuális, illetve kiinduló koncentrációja Aa az Arrhenius-egyenlet preexponenciális tényezôje c fénysebesség ck fénysebesség kondenzált közegben e az elektron töltése D elnyelt dózis (dózis), egy adott kis anyagmennyiség által elnyelt energia és az anyagmennyiség hányadosa DI dózisteljesítmény, egységnyi idô alatt elnyelt, tömegegységre vonatkoztatott energia DT, R a T szövetben, az R sugárzásból eredô elnyelt dózis D37 az a dózisérték, amelynél a polimer molekulák egy nagyobb halmazát tekintve átlagosan minden molekulát egy találat ér D10 tizedelési dózis DAB az A és B részecskék diffúziós együtthatóinak összege, DAB = DA + DB df /dE differenciális oszcillátorerôsség E energia, részecskeenergia, gerjesztési energia, aktiválási energia ED kötési energia EC–C és EC–H a C–C, ill. C–H kötések kötési energiája Ei polimerizáció iniciálásának aktiválási energiája Ep polimerizáció propagációs lépésének aktiválási energiája Et polimerizáció terminációs lépésének aktiválási energiája E0 redukciós potenciál EA elektronaffinitás f oszcillátorerôsség (dimenziómentes)
F fényelnyelô közegben a n törésmutatótól függô állandó tényezô, F = 9n/(n2 + 2)2 g gél-frakció G(x) sugárkémiai hozam, 1 J sugárzási energia elnyelése hatására képzôdô, bomló vagy átalakuló molekulák, gyökök, vagy egyéb részecskék (x) mennyisége molban Gg gélesedési dózis (polimerkémia) Gi az ionizáció hozama G(P)A és G(P)B P termék hozama tiszta A, ill. B besugárzásakor Gfi és Ggi homogén rekombinációban eltûnô (ún. szabad-), ill. inhomogén rekombinációban elreagáló (ún. iker-) ionok hozama G(C–C) és G(C–H) a szén–szén, ill. szén–hidrogén kötésszakadások hozama h Planck-állandó HT egyenérték dózis I, I0 intenzitás, kezdeti intenzitás (foton, ionizáló részecske stb.) Ig gázfázisú ionizációs potenciál Il folyadékfázisú ionizációs potenciál IK, L a K, ill. L héjakon elhelyezkedô elektronok ionizációs energiái kB Boltzmann állandó k reakciósebességi együttható kakt a tisztán kémiai aktivációszabályozott reakció sebességi együtthatója kd diffúziószabályozott bimolekulás sebességi együttható kmért mért sebességi együttható kp a polimerkémiában a propagáció sebességi együtthatója kt a polimerkémiában a termináció sebességi együtthatója l úthossz
243
L1/2 sugárzás felezési rétegvastagsága LET (Linear Energy Transfer) egységnyi úthosszon leadott energia (-dE/dl, eV nm-1) LCST alsó kritikus oldhatósági hômérséklet (polimerkémia) m tömeg me elektrontömeg me,0 az elektron nyugalmi tömege Mw tömegátlagolt molekulatömeg (polimerkémia) Mn számátlagolt molekulatömeg (polimerkémia) N molekulaszám egységnyi térfogatban NA Avogadró-szám n törésmutató ni az Mi molekulatömegû polimerláncok frakciója OER oxigén sokszorozási tényezô OSLD optikailag stimulált lumineszcencia dozimetria p (= kmért/kd) reakcióvalószínûség, a mért és a számított sebességi együtthatók aránya Pn számátlagolt polimerizációfok P+ a pozitív ion polarizációs energiája p0 az egységnyi dózisra vonatkoztatott szakadást szenvedô láncok frakciója pKa sav-bázis ionizációs reakció egyensúlyi állandójának negatív logaritmusa Q töltésmennyiség q0 az egységnyi dózisra vonatkoztatott keresztkötést szenvedô láncok frakciója qA az A molekulák keletkezésének, vagy átalakulásának sebessége rA, rB részecskék hidrodinamikai sugara (ún. Stokes-rádiusz) rc (= e2/4πε0εkT) kritikus távolság, amelynél a pozitív és negatív töltések közötti Coulombkölcsönhatás energiája egyenlô termikus energiával R egyetemes gázállandó Ri a polimerizáció iniciálásának sebessége Rp polimerizáció propagációjának sebessége R0 ionsugár Rr (= Rr, A + Rr, B), reakciósugár, részecskék közötti távolság, amelynél a reakció bekövetkezik, a reakciósugár felbontható a két rea-
244
gáló partner, A és B, reakciósugár járulékai összegére s szol-frakció S kollektív dózis, a sugárterhelést elszenvedett egyedek száma és az átlagos dózis szorzata S0, Sl, S2…. a molekula alapállapota, illetve, elsô, második stb. szingulett gerjesztett elektronállapota t idô tfi felezési idô, amely alatt a reagáló részecskék száma a kiinduló érték felére csökken T triplett multiplicitású molekula T abszolút hômérséklet TLD termolumineszcens dozimetria U (= Dmax/Dmin) dózisegyenletességi arány UCST felsô kritikus oldhatósági hômérséklet (polimerkémia) v a részecske sebessége V0 az elektron vezetési sáv energiája (az elektron energia különbsége vákuumban és az adott oldószerben) wi tömegfrakció (polimerkémia) W egy ionpár létesítéséhez szükséges energia WR biológiai szempontból a sugárzás fajtájára, minôségére, energiájára jellemzô súlytényezô WT a testszövetben a sugárzás hatására jellemzô, ún. szöveti súlytényezô W0 túlélési valószínûség z a részecske töltésszáma Z az egy molekulában lévô elektronok száma x moltört ε relatív permittivitás ε0 a vákuum permittivitása εE, εhullámhossz fényelnyelési együttható (extinkciós koefficiens) εA és εB az A és a B összetevô elektronfrakciói elegyben η viszkozitás λ hullámhossz µ 0 sugárelnyelési együttható ν rezgési frekvencia ρ sûrûség τ az átlagos élettartam (röviden: élettartam) ΦS, ΦT szingulett, ill.triplett gerjesztett molekula képzôdési valószínûsége ΦG az iker-rekombináció valószínûsége
Tárgymutató
abszorbancia 41, 63, 80, 85, 239 adenin 154, 157 aktivációszabályozott sebességi együttható 71, 109 aktiválási energia 66, 70, 109, 110, 129 alanin-ESR dozimetria 82 alfa-sugárforrások 24, 87 alfa-tokoferol 176 alkáli-halogenid-kristályok 185, 186 alkán–aromás elegyek 55, 56, 121 alkánok 114–119 alkil-halogenidek 121, 122 alkoholdesztilláció 232 alkoholok 122, 123 alkoholos klór-benzol doziméter 81, 82, 241 alsó kritikus hômérséklet 132 aminosavak 172–175 ammónia 60, 107, 108, 128, 183, 217–221 aromás szénhidrogének 38, 55, 59, 113, 120, 121, 138, 217, 219, 220, 225, 226 aromás vegyületek 99, 223, 227, 228 Arrhenius-egyenlet 66 árpabesugárzás 200 backing-off 63, 64 Becquerel 9, 235 belsô konverzió39 benzol 40, 56, 120, 121 besugározottság kimutatása 172, 198 besugárzási dózis 73 betatron 18, 30 béta-sugárzás 19, 23, 24 Bragg-csúcs 88 Bremsstrahlung 19 burgonya kihajtásgátlása 199, 200, 205 cellobióz 169 cellulóz 169–172
ceriumszulfátos dozimetria 80 Charlesby–Pinner-egyenlet 137 ciklohexán 40, 56, 114–116, 120, 121, 141, 179 ciklopropán 60 cipzár reakció 84, 139, 147 60 Co 19–22 60 Co-γ és 137Cs-γ gyengítési tényezôk 237 60 Co lecsengése 236 Cockcroft–Walton-gyorsító 28 Compton-féle szórás 43, 44, 45, 87, 188 Coulomb-kölcsönhatás 35, 47, 53 Coulomb-robbanás 35 137 Cs 19, 21 Curie 9, 235 csapdázásos technika 59–61 cseppfolyós oxigén 181 cseppfolyós oxigén-nitrogén elegyek 181 Cserenkov-sugárzás 45, 46, 62 csomagolás 203 D10 dózis 210 D37 dózis 164 D-glükóz 168 differenciális oszcillátorerôsség 43, 48 diffúziószabályozott sebességi együttható 69–71 dikromátdoziméter 81 dinitrogén-oxid 60, 86, 182 dinitrogén-oxid doziméter 86, direkt gyorsítók 27–30 DNS 153–167 dózisegyenetlenség 215 dózisindikátorok 83, 84, 139 dózismonitorok 85, 96 dózisteljesítmény 74 dynamitron 28
245
effektív dózis 74 egyenérték dózis 74 egyenes láncú alkánok 116 egyszeres szálszakadás 163 elágazó láncú alkánok 116 elektromágneses sugárzások 17–23 elektronaffin szenzibilálók 167 elektronaffinitás 40, 41 elektronbefogás 59, 60 elektronfüggöny-gyorsító 28, 29, 146 elektrongerjesztés 37–40 elektrongyorsítók típusai 25, 26 elektronspin-rezonancia 59 elektronvolt 9, 235 elnyelt dózis 73 elsôrendû reakció 66, 67 enzimdeaktiváció 175 etanol 123 etil-bromid 14 etilénglikol 168 élelmiszerek 191–206 élettartam 67 F centrum 185 falhatás 76, 86, 179 Faraday-kalitka 63 Febetron-gyorsító 29 felsô kritikus hômérséklet 132, 133 festékanyagok 232 fékezési röntgensugárzás (Bremsstrahlung) 19, 46 féldrága- és drágakövek 188, 189 fémek 186, 187 fény sebessége 25, 45 fényelnyelési együttható 42 fizikai doziméterek 76–79 folyadékfázisú ionizációs potenciál 52 foszforeszcencia 39 fotódióda 64 fotoelektromos detektor 64 fotoelektromos effektus 43, 44 fotoelektronsokszorzó 64, 65 Förster-féle energiaátadás 69 fôlánc-szakadás 138–140 Fricke-dozimetria 14, 79, 80, 239, 240 füstgázkezelés 217–223 fûszerek 202
246
gamma-sugárzás 19–23 gázállapotú víz 105–107 gázfázisú dozimetria 86, 87, 179 Geiger–Müller-csô 77 gélfrakció 137 géljelenség 130 gélképzôdés 137 gépi sugárforrások 25–35 gerjesztési energiák 38–41 gerjesztett molekulák befogása 59 G-érték 9, 14, 54, 55 glicin 172 glutation 166 gomba 201 GrafCromic doziméter 83 Gray 9, 73, 235 guanin 154 gyógyszerek sterilezése 213 gyökös polimerizáció 128–130 gyümölcs 201 haladó hullámú gyorsítók 33, 34 hidratált elektron 14, 54, 91–110, 157–162 hidratált elektron doziméter 85 hidrazin 108, 183 hidrogél 132–135 hidrogénatom 91–110, 157–162 hidrogén-deutérium elegyek 182 hidroxilgyök 91–110, 157–162 homogén rekombináció 53 hôre zsugorodó polimerek 147, 148 ICGFI 197 ikerion 53, 114 illékony szerves vegyületek 219, 220 impulzusdozimetria 84–86 impulzus-összenyomás, 34 impulzusradiolízis 14, 61–65, 95–98 indukált radioaktivitás 25, 192, 193 inhomogén rekombináció 53 ionizáció 39, 51–54 ionizációs detektorok 76, 77 ionizációs kamra 76 ionizációs potenciál 39, 40, 51–54 ionos polimerizáció 130–132 ivóvíz és szennyvíztisztítás 223–233 izobutil-naftonát 231
Jablonski-diagram 38 jég 104 jel/zaj viszony 65 kalorimetria 77, 78 karakterisztikus röntgensugárzás 19, 47 karanténkezelés 200 karbonilvegyületek 124 kationos polimerizáció 130–132 kemény ütközések 47 keresztkötés-képzôdés 135–138, 140–144 kémiai doziméterek 79–83 kétszeres szálszakadás 162, 163 kinetikus spektrofotometria 61–65 kitozán 169, 172 klórozott alifás vegyületek 226, 227 kollektív dózis 75 kozmikus sugárzás 18 kötésdisszociációs energiák 40 közvetett hatás153, 157–161, 193, 213 közvetlen hatás 153, 160, 161, 193, 213 kritikus távolság 52, 53 Lambert–Beer-törvény 41 Lawrence–Sloan-gyorsító 30 lágy ütközések 48 lánczárás 128–132 levegôekvivalens kamra 76 lézer-plazmagyorsító 34, 35 Linac-gyorsító 33, 34 lineáris elegyítési szabály 55 lineáris energiaátadási tényezô, LET 19, 50, 51, 80, 88, 163, 164, 238, 240 lineáris indukciós gyorsítók 30 lipidek 175, 176 mágneses elven mûködô gyorsítók 30 mákmag besugárzása 200 másodrendû reakció 67–69 Megarai-dózisindikátor 84 memória jelenség 142, 147 metanol 123 metán 117–119 metil-bromid 60 mélységi dóziseloszlás 87, 88 mikrobasejt sugárérzékenysége 195–197, 210, 211 mikrotron gyorsító 32 mobilis besugárzók 206
monokromátor 64 mutáció 156, 192 nagyfrekvenciás gyorsítók 30–34 nagyhatékonyságú oxidációs eljárások 223–228 nehézfémionok 229, 230 nehézion-gyorsítók 35 nemhomogén másodrendû reakciók 71 N-izopropil-akrilamid 132–135 Noyes-egyenlet 71 nukleotid 154 nukleozid 154 ojtott polimerek 143, 144, 146 oligoszacharidok 169–172 Onsager-elmélet 52, 71 optikai közelítés elmélete 48 optikai sûrûség 41, 42 optikailag stimulált lumineszcencia 78 oszcillátorerôsség 43 oxigénsokszorozási tényezô 166, 167 oxigén sugárbomlása 180, 181 oxigén-nitrogén elegyek 180, 181 ózon doziméter 86 ózon 180, 181, 224, 225, 227 panorámabesugárzó 22 paraziták elpusztítása 201 pasztôrözés 205 párkeltés 43, 44 peptidek 172–175 peptidkötés 173 perhidroxil gyök 93–96 perspex doziméterek 82, 83 pKa 95 210 Po-sugárforrás 19, 34 polietilén 127, 135, 140–142, 147 polimerek besugárzása 135–145 polimerek sugárállósága 144, 145 polimerizáció 128–135 poli(tetrafluor-etilén) 139, 140 poli(vinil-klorid) 143, 144 potenciálisenergia diagram 37 pozitív ionok befogása, 60 proporcionális csô 77 radapperizálás 196 radicidálás 196
247
radiokrómdoziméterek 82, 83 radurizálás 196 reakciósebességi együttható 66–71 redukciós potenciál 100 relativitáselmélet 25 rezonáns transzformátor gyorsító 29 Rhodotron gyorsító 31 rovartalanítás 200, 201 röntgensugárzás 18, 19, 25 90
S–90Y páros 23, 24 sebességi együttható 65–71 Sievert 74 spin-tiltott átmenet 39 spinkorreláció 53 spinváltó átmenet 39 spur 54, 61, 65, 92, 93 spur expanzió 93 sterilezés 203, 209–216 sterilitás megbízhatósága 211, 212 Stokes-eltolódás 38 Stokes-összefüggés 70 Stokes–Einstein–Smoluchowski-egyenlet 70 sugárágyú 23 sugárelnyelési együttható 44 sugárérzékenyítés 165–167, 194, 195 sugárrezisztencia 196, 197, 210, 211 sugártûrés 196, 197, 210, 211 sugárvédelem 165–167, 195 sugárzás nélküli átmenet 39 sugárzásiniciált krakkolás 119 Sunna film doziméter 78 szabad elektronok 53, 114 szabad gyökök befogása 61 szabad ionok 53, 114 számátlagolt molekulatömeg 135 szennyvízkezelés 15, 223–233 szénhidrátok 167–172 szingulett állapot 37–39 szinkrotron 18 szolfrakció 137
szubharmónikus elôcsoportosítás 34 szuperoxidanion 93–95, 101, 159, 194, 227 találat elmélet 164, 165, 193 telítetlen szénhidrogének 119, 120 telített szénhidrogének 114–119 termolumineszcens doziméterek 78, 186 tetrazóliumsók 82 térhálósítás 140–144 timin 154, 157 tiocianátdoziméter 84, 85 tömegátlagolt molekulatömeg 135 törésmutató 43, 45 transzformátor gyorsítók 28, 29 triklór-etilén 226, 227 triplett állapot 39, 40 trícium 24 túlélési görbék 164, 165 ultraibolya sugárzás 18 ultraszûrôk 15, 35, 139 üveg doziméterek 78, 79, 189 üvegek 189 V centrum 186 van de Graaff-gyorsító 27, 28 vertikális átmenet 38 veszélyességi sorrend 162, 163 vezetési sáv 52 védôhatás 55, 56, 121 végtermékek analízise 59 vibrációs gerjesztés 37 villanófény-fotolízis 61 víz mint reaktor hûtôközeg 107–110 víz sugárkémiája 91–111 VUV sugárzás 18 vöröshagyma csírázásgátlása 199 Warman–Armus–Schuler-egyenlet 60, 71 W-érték 51, 55 zöldség 201
248
